Bitte wenden! - Prof. Dr. Brücklmeier

Hochschule München, FK 04 EI, W. Tinkl
Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
Gleichstromnetze Versuch 1
WS 2014 / 2015
Lineare und nichtlineare Widerstände
Die Widerstände R zweier Drähte sollen indirekt durch Messung von Spannung U und Strom I
ermittelt werden. Die Werte liegen im Bereich Ra  1  für den äußeren Draht und Ri  1  für


den inneren Draht (hierfür die Vierdrahtmessung verwenden!).
1.)
Wählen Sie die geeignete Messschaltung (strom- oder spannungsrichtig) unter Berücksichtigung
der Messgerätewiderstände aus. Die im Versuch verwendeten Digitalmultimeter besitzen im
Gleichspannungsmessbereich einen Messgerätewiderstand, der unabhängig vom Messbereich
RMU = 10 M beträgt. Zur Abschätzung der Größenordnung des Messgerätewiderstandes im
Gleichstrommessbereich ist die nachfolgende Tabelle für das Hameg Multimeter 8012 angegeben:
Strommessbereich
m a x . Spannungsabfall
500 A
0,7 V
5 mA
0,7 V
50 mA
0,7 V
500 mA
2,5 V
10 A
0,2 V
Bestimmen Sie zuhause den Messgerätewiderstand RMI in den einzelnen Messbereichen.
2.)
Messen Sie U(I) und zeichnen Sie die Kennlinie für folgende Ströme am
Äußeren Draht IA/A = 0,02 ; 0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1,0 ; Imax A = 1,2 A
Inneren Draht II/A = 0,02 ; 0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1,0 ; 1,2 ; 1,4 ; 1,6 ; 1,8 ; Imax I = 2,0 A.
Da die Sicherungen im Strommessbereich besonders schnell ansprechen, ist dringend
zu darauf zu achten, Ströme ab 0,25 A nur im 10 A Messbereich zu messen!
Warten Sie besonders bei größeren Strömen darauf, bis U(I) konstant bleibt!
3.)
Berechnen Sie R = U / I für alle gemessenen Paare [I ; U] und zeichnen Sie die Kennlinie R(I)
für beide Drähte in ein Diagramm mit getrennten Maßstäben ein.
Erklären Sie die Abhängigkeit R(I).
Messen Sie beide Drahtwiderstände auch im Widerstandsmessbereich der Multimeter.
4.)
Berechnen Sie die spezifischen Widerstände  in  mm / m der beiden Drähte und ermitteln Sie
aus der Tabelle, um welche Drahtmaterialien es sich handelt. Beide Drähte sind  = 0,5 m lang und
die Durchmesser betragen dA = 0,22 mm bzw. dI = 0,28 mm.
2
Welcher Widerstandswert aus dem Diagramm nach 3.) ist dabei jeweils zu verwenden?
2
–3
20 in 10 /K
–6
Material
 in mm /m
Kupfer
Silber
Aluminium
Wolfram
Nickel
Eisen
0,01786
0,0160
0,0286
0,0550
0,08 – 0,11
0,10 – 0,15
3,93
3,80
3,77
4,10
3,7 – 6,0
4,5 – 6,0
0,6
0,7
1,3
1,0
9,0
6,0
Platin
Blei
Konstantan
0,11 – 0,14
0,21
0,50
2,0 – 3,0
4,2
–0,0035
0,6
2,0
0,0
2
20 in 10 /K
Bitte
wenden!
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Gleichstromnetze Versuch 1
Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
WS 2014 / 2015
5.)
Berechnen Sie die Stromdichte JA und JI bei den maximal durch die Drähte fließenden Strömen
und die dabei von den Drähten aufgenommene Leistung PA und PI.
Bei welcher Stromdichte JAG und JIG wird die Erwärmung siehe 3.) gerade bemerkbar?
Berechnen Sie PAG und PIG dazu.
6.)
Prüfen Sie die Spannungsverteilung entlang des äußeren Drahtes U() .
Messen Sie dazu alle 10 cm die Spannung am äußeren Draht von einem geeigneten Bezugspunkt
aus nach!
Zeichnen Sie den Spannungsverlauf entlang des Drahtes in ein Diagramm U().
Welche Funktion in Worten beschreibt die aufgezeichnete Abhängigkeit?
7.)
Berechnen Sie die Temperaturerhöhung  der Drähte, die sich bei den maximalen Strömen in
den Drähten einstellt. Verwenden Sie für R(20 °C) einen mittleren Widerstandswert,
für den nach 3.) noch keine Erwärmung feststellbar war:
R(Imax) = R(20 °C)  (1 + 20  )
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Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
Gleichstromnetze Versuch 2
WS 2014 / 2015
Lineare und nichtlineare Widerstände
Der Widerstand der Glühwendel einer Lampe ist bei Betriebsspannungen U von 0  U  60 V zu
ermitteln. Die Glühwendel ist aus Wolfram hergestellt.
1.)
Zeichnen Sie vorab die genauere Messschaltung mit zwei Spannungsquellen auf.
Hinweis: Es wird eine Glühlampe für die Nennspannung 230 V mit einer Nennleistung 60 W
verwendet. Achten Sie insbesondere darauf, die Zählpfeile der Spannungsquellen einzuzeichnen.
2.)
Messen Sie I (U) für U / V: 1 ; 2,5 ; 5 ; 10 ; 15 ; 20 ; 25 ; 30 ; 35 ; 40 ; 45 ; 50 ; 55 ; 60 .
Hinweis: Um Spannungen > 30 V zu realisieren, müssen beide Netzgeräte in Reihe geschaltet
werden. Ergänzen Sie obige Schaltung mit beiden Spannungsquellen!
Zeichnen Sie die Kennlinie in ein von Ihnen zuhause vorbereitetes mm- Papier ein
(mU = 0,2 cm / V; mI = 0,1 cm / mA; Bereich 0 < I < 180 mA).
Warum ist die direkte Messung des Rkalt mit dem Multimeter vor obiger Versuchsreihe
durchzuführen?
(Eine kurze Begründung durch Vergleich mit R (U = 1 V)!)
3.)
Welche Auswirkungen auf I hat ein Umpolen von U? Probe bei U = – 60 V durchführen.
4.)
Tragen Sie den statischen Widerstand der Glühlampe Rstat = U / I in Abhängigkeit von U in ein
weiteres Diagramm Rstat (U) ein.
Hinweis: Wie groß ist der stat Widerstand Rstat (U = 0 V) der Glühwendel bei U = 0 V?
IAP a
Uq = 50 V
R1, 2, 3
UAP a
R1 = 100 
R2 = 200 
R3 = 400 
Schaltung a.)
5.)
Ermitteln Sie grafisch mit der in 2.) gezeichneten I (U) Kennlinie für einen der drei
Widerstände R1 bis R3 den sich ergebenden Arbeitspunkt AP a (UAP a , IAP a) der Glühlampe in
Schaltung a.), kennzeichnen Sie AP a, tragen Sie dazu auch die abgelesenen Werte in das
Diagramm ein. Konstruieren Sie dazu die Gesamtkennlinie der Reihenschaltung.
6.)
Messen Sie alle für die drei Widerstände R1 bis R3 sich ergebenden Arbeitspunkte an der
Glühlampe. Vergleichen Sie das entsprechende Messergebnis mit der grafischen
Bitte
Lösung tabellarisch, kommentieren Sie die Übereinstimmung des Ergebnisses.
wenden!
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Gleichstromnetze Versuch 2
Iges
Uq = 50 V
Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
WS 2014 / 2015
IAP b
200 
UAP b
200 
Schaltung b.)
7.)
Ermitteln Sie grafisch mit der in 2.) gezeichneten I (U) Kennlinie den sich ergebenden
Arbeitspunkt AP b (UAP b , IAP b) der Glühlampe in Schaltung b.) , kennzeichnen Sie AP b.
Konstruieren Sie dazu die Gesamtkennlinie der Schaltung mit Widerständen und
Glühlampe.
8.)
Prüfen Sie auch diesen Arbeitspunkt durch Messung von U und I an der Glühlampe nach.
Vergleichen Sie das Messergebnis mit der grafischen Lösung in obiger Tabelle, kommentieren
Sie auch die Übereinstimmung dieses Ergebnisses.
9.)
Berechnen Sie näherungsweise die Temperaturänderung  der Glühwendel zwischen
der direkten Widerstandsmessung mit dem Multimeter Rkalt und R (U = 1 V) .
10.) Berechnen Sie näherungsweise die Temperaturänderung  der Glühwendel zwischen
der direkten Widerstandsmessung mit dem Multimeter Rkalt und R (U = 60 V) , wobei Sie einmal mit
linearer Näherung und einmal mit quadratischer Näherung arbeiten sollen. (20 und 20 aus der
Tabelle des vorhergehenden Versuches entnehmen!)
2
Hinweis: R (U = 60 V) = Rkalt  (1 + 20   + 20   )
Bestimmen Sie lin und quadr .
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Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
Elektrische und magnetische Felder Versuch 3
WS 2014 / 2015
Elektrische Ladung und Kondensatoren
1.)
Zum besseren Verständnis des Versuches ist es vorteilhaft die Fragen a – d, vor
Versuchsbeginn zuhause mit einer einfachen Abschätzung für t   zu beantworten.
Gegeben ist ein Kondensator mit C = 5 F der gerade auf Uq = 10 V aufgeladen wurde und die
Selbstentladezeitkonstante (Typ MKY) e  3 Tage besitzt.
Wie groß ist sein Isolationswiderstand Riso?
a.)
b.)
c.)
d.)
Welche Ladung Q und wie viele Elementarladungen N befinden sich auf den Elektroden des
Kondensators?
Wie viele Elektronen N durchdringen das Dielektrikum des Kondensators pro 1 s bei Uq = 10 V
Welche Ladung Qm entnehmen Sie dem Kondensator bei einer Messzeit von tm = 10 s mit
RV + RM = 100 M, welcher Spannungsänderung Um entspricht dies näherungsweise
(bei Uq = 10 V)?
Welche Änderungen Qe und Ue ergäben sich durch die Selbstentladung e, wenn der
Kondensator zu Beginn des Praktikums aufgeladen und am Praktikumsende nachgemessen
würde?
Für den Versuch stehen Ihnen drei Kondensatoren mit den Nennwerten: C1 = 3,3 F, C2 = 4,7 F und
C3 = 6,8 F zur Verfügung. Der Widerstand des Digitalmultimeters als Spannungsmesser beträgt im 50 VMessbereich RM = 10 M, es kann in Reihe mit einem Vorwiderstand RV = 90 M betrieben werden.
(Dieser Messbereich (L3) 50 V ist sowohl zur direkten Messung, sowie zur Messung mit RV zu
verwenden!)
Zeichnen Sie zur Vorbereitung die Messschaltung zur Erfassung des Entladevorganges, mit dem
Vorwiderstand RV in Reihe zum Multimeter und mit der Spannungsquelle zum Laden des Kondensators.
2.)
Bestimmen Sie die Spannung uC an einem Kondensator, der bis kurz vor Versuchsbeginn auf die
Spannung Uq = 10 V aufgeladen wurde, mit einem Spannungsmesser, der den Kondensator entlädt.
Der Spannungsmesser soll einmal mit und einmal ohne Vorwiderstand betrieben werden. Notieren
Sie sich dazu die angezeigte Spannung alle 10 s.
Zeichnen Sie beide Kurven uC = f(t) in ein Diagramm
(mm- Papier Querformat, maximale Beobachtungszeit ca. 4 min., Zeitmesser mitbringen!).
Bereiche und Maßstäbe:
0  uC  10 V:
mU = 1 cm/V;

0  t  260 s:
mt = 0,1 cm/s.
Ermitteln Sie aus den Diagrammen die Kapazität des Kondensators, indem Sie zu verschiedenen
Zeiten mithilfe der Tangente die Zeitkonstante  festlegen.
3.)
Bestimmen Sie die Kapazität von den drei Kondensatoren durch direkte Messung der
Zeitkonstanten! (ohne Vorwiderstand RV)
Bitte
wenden!
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Elektrische und magnetische Felder Versuch 3
Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
WS 2014 / 2015
Bei den nachfolgenden Aufgaben ist das Ergebnis jeweils allgemein und zahlenwertmäßig
zuhause vorzubereiten.
Das gerechnete Ergebnis ist jeweils durch eine Messung zu bestätigen und mit
der Vorbereitung zu vergleichen.
Achtung:
Benutzen Sie von nun an zur Spannungsmessung nur noch den Spannungsmesser Messbereich
(L3) mit dem 90 M Vorwiderstand, damit sich die Kondensatorspannung während der
Spannungsmessung nicht zu schnell verändert.
4.)
Schalten Sie die drei entladenen Kondensatoren, deren Kapazität unter Punkt 3.) ermittelt wurde, in
Reihe und laden Sie die Reihenschaltung auf eine Spannung Uq = 15 V auf. Messen Sie die
Spannung, die sich an jedem einzelnen Kondensator dabei einstellt.
5.)
Laden Sie einen der Kondensatoren auf 6 V, einen anderen auf 12 V auf. Schalten sie anschließend
die beiden Kondensatoren parallel (lassen Sie hierbei die Polarität der Kondensatoren unverändert).
Welche Spannung ergibt sich nach der Parallelschaltung?
6.)
Laden Sie die Kondensatoren jeweils auf die Spannung von Uq = 10 V auf. Schalten Sie die drei
Kondensatoren anschließend gleichgepolt in Reihe. Welche Spannung wird an der Reihenschaltung
gemessen?
7.)
Schließen Sie nun die nach Punkt 6.) unverändert aufgeladene Reihenschaltung der drei Kondensatoren kurz (nicht die einzelnen Kondensatoren!). Bestimmen Sie die Spannungen, die sich nach
dem Kurzschluss an den einzelnen Kondensatoren eingestellt haben!
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Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
Gleichstromnetze Versuch 4
WS 2014 / 2015
Statischer und differenzieller Widerstand
In diesem Versuch wird als Versuchsobjekt eine Z- Diode ZX 3,9 mit einer Z- Spannung UZ  3,9 V
verwendet. Abhängig von der Polarität der angelegten Spannung unterscheidet man zwischen dem
"Durchlassbereich" und dem "Sperrbereich" der Z- Diode.
Durchlassbereich
ID
Durchlassbereich (Flusspolung):
Legt man an die Z- Diode die Spannung UD > 0 V
an, fließt ein mit UD exponentiell ansteigender
"Durchlassstrom" ID. In der linearen Darstellung ist
dieser Strom ab einer Spannung von ca.  0,6 V sichtbar.
– 3,9 V
0,6 V
UD
Sperrbereich
Sperrbereich (Sperrpolung):
Bei entgegengesetzter Polung mit negativer Spannung UD
ergibt sich für (UD  – 3,9 V) eine starker Anstieg
des negativen Stromes ID (Sperrstrom).
K
A
ID
A
K
ZX 3,9
UD
Achtung: Damit die Z- Diode in keinem Fall thermisch zerstört wird, muss die Strombegrenzung während des gesamten Versuches auf Imax = 0,1 A eingestellt werden (im 10 A Messbereich einstellen).
1.)
Skizzieren Sie die Schaltung zur Messung der ID = f(UD)- Kennlinie der Z- Diode. Messen Sie
die Spannung UD an der Z- Diode bei folgenden Strömen (beachten Sie die Polarität von UD und ID
nach obiger Skizze !)
ID/mA : -50; -40; -30; -20; -10; -5; -2,5; -1; 0; 1; 2,5; 5; 10; 20; 30; 40; 50. Tragen Sie
die ID(UD)- Kennlinie in ein vorbereitetes Diagramm (mm- Papier DIN A4 Hochformat) welches
auch schon die Quellenkennlinien für AP 1, AP 2, AP 4 und AP 5 enthält ein.
Sehen Sie dabei folgende Bereiche vor:
2.)
- 7 V  UD  + 2 V
- 60 mA  ID  + 60 mA
mit mU = 2 cm / V
mit mI = 0,2 cm / mA
und
Bestimmen Sie grafisch aus der ID(UD)- Kennlinie die Werte ID AP 1 , UD AP 1 die in Schaltung 1)
auftreten (Quellenkennlinie einzeichnen). In welchem Bereich wird die Z- Diode betrieben?
ID AP 1
Schaltung 1.)
AP 1
Ri = 330 
Uq = 12 V
a
AP 1:
Arbeitspunkt 1
UD AP 1
b
Bauen Sie die Schaltung 1) auf und messen Sie ID AP 1 und UD AP 1. Vergleichen Sie die Werte mit
grafisch ermittelten. Welche Leistung PD = UD · ID wird in der Z- Diode in Wärme umgewandelt?
3.)
In Schaltung 1) soll nun an den Klemmen a, b anstelle der Z- Diode ein Widerstand R1
(Wendelpotenziometer) angeschlossen werden. Bestimmen Sie den einzustellenden Wert R1 dieses
Widerstandes, bei dem sich die gleiche Klemmenspannung wie unter Punkt 2.) einstellt.
(statischer Widerstand) Prüfen Sie anschließend durch Messung die Richtigkeit der Rechnung nach.
Welche Leistung wird in R1 umgesetzt?
4.)
Zur Ermittlung des differenziellen Widerstandes Rdiff1 der Z- Diode und des Widerstandes R1 sind
nun die Spannungsänderungen U zu messen, die sich im Arbeitspunkt AP 1 bei Stromänderungen
von
ID =  5 mA ergeben (verändern Sie dazu Uq).
Welchen Wert hat der differenzielle
Widerstand Rdiff1 der Z- Diode in diesem Arbeitspunkt?
Vergleichen Sie den gemessenen
Wert, mit dem der Kennlinie entnommenen Wert (Tangente im Arbeitspunkt 1 und
Bitte
mit dem differenziellen Widerstand von R1.
wenden!
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Gleichstromnetze Versuch 4
5.)
Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
WS 2014 / 2015
Die Z- Diode soll nun in der Schaltung 2) betrieben werden.
ID AP 2
Schaltung 2.)
AP 2 und AP 3
Ri = 220 
Uq = 10 V
a
UD AP 2
b
a.) In welchem Bereich wird die Z- Diode betrieben? Bestimmen Sie aus der ID(UD)- Kennlinie grafisch
die Werte ID AP 2 , UD AP 2 für Uq = 10 V. Berechnen Sie daraus den statischen Widerstand R2 der
Z- Diode.
b.) Bauen Sie die Schaltung 2) auf und ermitteln ID AP 2 sowie UD AP 2 durch Messung. Vergleichen Sie
die Werte mit den Ergebnissen aus 5a).
c.) Durch Verändern von Uq soll der statische Widerstand der Z- Diode auf den gleichen Wert R1
gebracht werden, der im AP 1 vorhanden war. Ermitteln Sie grafisch den neuen Wert von Uq' und
messen Sie den neuen Arbeitspunkt AP 3 (ID AP 3 , UD AP 3) nach.
d.) Stellen Sie den differenziellen Widerstand Rdiff2 der Z- Diode in dem Arbeitspunkt AP 3 fest,
indem Sie die Spannungsänderungen UD messen, die sich bei kleinen Stromänderungen von
ID =  0,5 mA ergeben. Vergleichen Sie den gemessenen Wert mit dem der Kennlinie
entnommenen Wert (Tangente in AP 3).
6.)
Ermitteln Sie grafisch den Arbeitspunkt AP 4 der Z- Diode in Schaltung 3). Verwenden Sie dazu
eine geeignete lineare Ersatzquelle bezüglich der Klemmen a und b.
Schaltung 3.)
AP 4 und AP 5
R3 = 1 k
ID AP4
IR
a
UD AP4
Uq = 18 V
R4 = 270 
b
Überprüfen Sie die ermittelten Werte für ID AP 4 und UD AP 4 durch Messung.
Welche Leistung PD = UD AP 4 · ID AP 4 wird in der Z- Diode in Wärme umgewandelt?
Bei welchen Werten der Widerstände und der Versorgungsspannung ist die Erwärmung der ZX 3,9
am höchsten, wenn folgende Toleranzen zu berücksichtigen sind:
Uq = (18  2) V;
R3 = 1 k  10 %;
R4 = 270   10 %
Bestimmen Sie hierzu grafisch den Arbeitspunkt AP 5 der Z- Diode und berechnen Sie die
dabei entstehende maximale Verlustleistung PD max = UD AP 5  ID AP 5.
Achtung!
Messen Sie zum Abschluss dieses Versuches, zur Vorbereitung des nächsten Versuches alle
Widerstände am Versuchsplatz mit dem Multimeter nach. Halten Sie die Werte in einer Tabelle fest.
Sie benötigen diese Werte zur Vorbereitung des nächsten Versuches!
Hochschule München, FK 04 EI, E. Brücklmeier / W. Tinkl
Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
Gleichstromnetze Versuch 5
1.) Blatt
WS 2014 / 2015
Ersatzquellen und Leistungsanpassung
Der Versuch 5 soll mithilfe des Netzwerkanalyseprogrammes LTSpice nicht am Laborplatz, sondern an
einem PC im Labor durchgeführt werden.
Zu untersuchen ist die nachstehende Schaltung mit den beiden Spannungsquellen Uq1 und Uq2 und den
Widerständen R1 bis R6.
R2 = 1000  R3 = 2200 
R1 = 270 
Uq1 =
14 V
a
R4 =
Ra
220 
I
U
b
R5 =
Uq2 =
820 
30 V
R6 = 330 
A) Vorbereitung zu Hause von Hand.
1.)
Bestimmen Sie die Nennkenngrößen der Ersatzspannungsquelle für die Nennwerte der Widerstände
R1 bis R6 (Quellenspannung Uqn und Innenwiderstand Rin) des Netzwerkes bezüglich der Klemmen
a und b und ermitteln Sie mit den beim letzten Praktikumsversuch nachgemessenen Istgrößen der
Widerstände die tatsächlichen Kenngrößen der Ersatzquelle Uqe ,Rie und Iqe.
Verwenden Sie von hier ab für alle weiteren Rechnungen nur noch die von Ihnen berechneten
individuellen Istkenngrößen der Ersatzquelle Uqe, Rie und Iqe !
2.)
Ermitteln Sie für Ra /  = 100; 200; 250; 300; 350; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000 die
Klemmenspannung U. Zeichnen Sie U = fu(Ra) in ein Diagramm auf mm- Papier.
Empfohlene Bereiche und Maßstäbe:
mU = 1 cm/V;

0  Ra  1000 :
mR = 0,01 cm/.
0  U  8V :
Gegen welchen Wert nähert sich U für Ra   ? Zeichnen Sie die ermittelte Asymptote ebenfalls in
obiges Diagramm ein.
2
Berechnen Sie die jeweils in Ra umgesetzte Leistung P = U / Ra und zeichnen Sie P = fp(Ra) auf
mm- Papier.
Empfohlene Bereiche und Maßstäbe:
0  P  40 mW :
mP = 0,25 cm / mW;

0  Ra  1000  :
mR = 0,01 cm / .
*
*
Bei welchem Wert von Ra wird P(Ra ) maximal? Welche Kontrolle bietet sich hierfür an?
3.)
Berechnen Sie den Strom I bei Ra = 100 .
4.)
Bestimmen Sie den Wert von Ra, bei dem I = 0,3  Iqe ist.
5.)
Berechnen Sie die Klemmenspannung U(Ra = 470 ), die bei Ra = 470  an den Klemmen a, b auftritt.
Berechnen Sie den Wert des Widerstandes RX , der zusätzlich zu Ra = 470  parallel geschaltet
werden muss, damit die Klemmenspannung auf U = [U(Ra = 470 )] / 2 absinkt.
Vor Beginn des Praktikums sind die zuhause durchgeführten Berechnungen zu den Punkten 1 – 5)
vorzulegen.
Bitte
wenden!
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Gleichstromnetze Versuch 5
1.) Blatt
Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
WS 2014 / 2015
B) Simulation mit LTSPICE
Falls Sie noch Probleme bei der Bedienung der Software LTSpice haben sollten, laden Sie
sich das Skriptum www.prof-bruecklmeier.de/anleitungen-und-handbücher herunter.
Öffnen Sie einen neuen Schaltplan und geben Sie das Netzwerk ein, verwenden Sie die gleichen
Bezeichnungen (Reihenfolge der Eingabe beachten!) und geben Sie die entsprechenden von Ihnen
nachgemessenen Bauteilewerte ein (R1.....R6, Ra = Arbeitswiderstand zwischen a – b, Uq1, Uq2). Verwenden
Sie aus der Bauteilebibliothek die Spannungsquelle voltage und vergessen Sie nicht den Punkt b zu erden.
Platzieren Sie ein Textfeld mit Ihrem Namen und dem Datum in den Druckbereich. Drucken Sie das von
Ihnen erstellte Schaltbild a u s.
 Plot 1
Die Aufgaben 1 – 7) sind mit den tatsächlichen Widerstandswerten durchzuführen.
Bearbeitung der Aufgaben 1, 3 – 5):
Die zur Aufgabe 1) dazugehörigen Messungen müssten wie folgt ausgeführt werden:
Bestimmung von Uqe durch Messung der Leerlaufspannung UL [Ra  ;  (Ra  10 T)] an a, b;
Ermittlung von Iqe durch Messung des Kurzschlussstromes IK [Ra  0;  (Ra  1 m)] an a, b;
Starten Sie jeweils eine Arbeitspunktsimulation (DC op pnt) und tragen Sie die ermittelten Werte in das
Schaltbild ein. (Zum Anzeigen von Simulationsergebnissen: Rechtsklick an freier Stelle im Schaltplan  View  Place .op Data
Label  Label positionieren  Anzuzeigende Größe nach Rechtsklick auf Label auswählen, vorher $-Zeichen löschen. Knotenpotenziale
können auch direkt durch Doppelklick auf den entsprechenden Knoten dargestellt werden.).
Berechnen Sie aus Uqe und Iqe den Innenwiderstand Rie.
Begründen Sie (durch Überlegung) den eventuell auftretenden Unterschied zur Messung des Kurzschlussstromes IK mit dem Strommesser (Vergleich mit Angaben zum Hameg Multimeter 8012 aus Versuch 1).
Führen Sie die Aufgaben 3 – 5) sinngemäß mit LTSpice durch. Wie müssten bei der Simulation die Auswirkungen eines realen Strommessers von Versuch 1 Hameg Multimeter 8012 berücksichtigt werden?
Für die Aufgabe 2) sind Strom I, Spannung U und Leistung P in einem größeren Widerstandsbereich
(0....1 k ) zu untersuchen und in einem Diagramm abzubilden. Dazu müssen Sie zunächst den Festwert
Ra als Größe in einen variablen Wert {Rvar} ändern. Fügen Sie dann Ihrem Schaltbild folgende Spice
Direktive hinzu: aus der Toolbar  .op  [ .step param rvar 0.01 1k 0.1 ]
Nach der Simulation erscheint zunächst ein leerer Graph über der Rvar Achse. Durch Anklicken von
Knoten (Spannung) oder Bauteilen (Strom) können Sie die dazustellenden Größen auswählen. Durch
Anklicken der Legende wird auf der entsprechenden Signalform ein Messcursor aktiviert.
Wählen Sie wenn notwendig besser geeignete Maßstäbe.
Kennzeichnen Sie dazu auf den Kurven
(Plott Settings  Notes & Annotations  Label Curs. Pos.), die Werte für U, I und P bei R = 0,01 , 100 , 470 ,
999,9  und bei Anpassung mit R a o p t vorher print Setup:  Querformat einstellen
 Plot 2
Vergleichen Sie tabellarisch die so ermittelten Werte bei R = 0,01 , 100  und 470  und bei
Anpassung mit R a o p t mit denen von 1 – 5).
6.)
Zur direkten Bestimmung des Ersatzinnenwiderstandes des Netzwerkes bezüglich der Klemmen
a – b ist das Netzwerk als passives Netzwerk (Uq1 = Uq2 = 0 V) mit einer Teststromquelle an den
Klemmen a – b zu untersuchen, Verwenden Sie aus der Bauteilebibliothek die Stromquelle current.
Ermitteln Sie daraus den Widerstand Rie Ist und vergleichen Sie diesen mit den Ergebnissen
nach 1).
 Plot 3
7.)
Mit Aufgabe 1) ist der Überlagerungssatz zu überprüfen, betrachten Sie jeweils
nur eine der Quellen als aktiv und deren Auswirkung auf ULi und IKi
und überlagern Sie diese Ergebnisse.
Weiter mit
Blatt 2 !
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Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
Gleichstromnetze Versuch 5
2.) Blatt
8.)
WS 2014 / 2015
Als abschließende Aufgabe soll nun wieder mit den Nennwerten der Widerstände die
Empfindlichkeit der Ersatzquellendaten auf Parameteränderungen der Bauteile des Netzwerkes
untersucht werden. Verändern Sie dabei nacheinander die einzelnen Widerstände und die
Spannungsquellen um + 10 %.
Halten Sie auch die dazugehörigen Änderungen von UL und IK (UL, IK) in einer Tabelle fest.
Bestimmen Sie diejenigen Bauteile (Ri und Uqi), die bei einer Änderung ihres Wertes um + 10 %
jeweils die Leerlaufspannung UL oder den Kurzschlussstrom IK am stärksten beeinflussen.
Hinweise zu
LTSpice
ACHTUNG: In LTSpice werden alle Werte ohne Einheiten und mit einem Punkt "." als Dezimaltrenner
eingegeben! Das ist eine der häufigsten Fehlerquellen!
Werte können mit SI- Präfixen eingegeben werden, wobei nicht zwischen Groß- und Kleinschreibung
unterschieden wird: "M" wird als "milli" interpretiert, für "Mega" muss "meg" eingegeben werden.
Statt "µ" kann "u" verwendet werden.
Achten Sie immer darauf, welches Fenster gerade aktiviert ist. Sie können Eingaben nur im aktiven
Fenster tätigen.
Jede Änderung der Schaltung erfordert eine erneute Simulation.
Um Zweigströme eindeutig festzulegen, behandelt LTSpice Widerstände, Kondensatoren und Spulen wie
gepolte Bauelemente. Leider sieht man die angenommene Polung den Schaltzeichen nicht an. Entspricht
das Vorzeichen eines simulierten Stromes nicht Ihren Erwartungen, so müssen die das betreffende Bauteil
um 180° drehen. Dazu können Sie die Funktionen Verschieben und Drehen nacheinander anwenden.
Bitte
wenden!
Hochschule München, FK 04 EI, Tinkl / Brücklmeier
Gleichstromnetze Versuch 5
2.) Blatt
Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
WS 2014 / 2015
Kurzübersicht LTSpice Toolbar
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Einstellungen
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Zoom heraus
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Simulationsergebnis
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Teilschaltplan kopieren
Teilschaltplan einfügen
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Widerstand
Kondensator
Spule
Dioden
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Verschieben
Verschieben (Gummiband)
Rückgängig <F9>
Wiederherstellen <F9>
Drehen <Srtg+R>
Spiegeln <Strg+E>
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